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《中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)》 2017年
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雨生红球藻中虾青素合成及几何异构体的分析研究

巩风英  
【摘要】:虾青素因其超强的抗氧化性而具有多种生理功能,如提高动物免疫力、颜色,清除自由基,预防和治疗肿瘤,预防老年痴呆等。此外,天然虾青素在水产、家禽养殖业和保健品、化妆品等领域具有广泛的应用前景和研究价值。雨生红球藻是目前公认的天然虾青素最好的生物来源。结构上,天然虾青素大部分为全反式结构,但存在不同比例的顺式结构,顺式、反式虾青素异构体之间存在功能差异。因此,通过对虾青素的异构体进行分离和分析以及探索异构体的产生原因,具有十分重要的生产和理论意义。本文的主要工作如下:1、为研究不同藻株生产虾青素的能力及所产虾青素异构体特性,本文以雨生红球藻H_0、H_2、H_3、H_6和T_2藻株为研究对象,测定其细胞生长,光合、呼吸作用强度,叶绿素和虾青素含量及异构体比例等。结果表明:在细胞生长,光合作用、呼吸作用速率,叶绿素、类胡萝卜素含量以及藻细胞抗逆境能力和虾青素含量等各个方面,T_2藻株均显著优于其他四个藻株(H_0、H_2、H_3和H_6)。但是,五株雨生红球藻所产虾青素异构体的比率未发现显著性差异(P0.05)。2、为研究雨生红球藻细胞不同阶段(细胞转变阶段和虾青素积累阶段)细胞外部形态和内部组成的变化,本文以雨生红球藻H6藻株为研究对象,测定其细胞生长,光合、呼吸作用强度,叶绿素和虾青素含量及异构体比例及其蛋白水平等。结果表明:细胞转变阶段(0-3天),雨生红球藻藻细胞内各色素水平和蛋白水平均发生显著的变化,体现为叶绿素急剧下降,类胡萝卜素和虾青素含量迅速升高,各异构体比例呈波动变化。而虾青素积累阶段(3-15天),藻细胞的各项生命活动趋于平缓,对于已经完成细胞形态转变的雨生红球藻细胞,主要生理变化过程体现在虾青素含量的积累,各异构体比例维持相对稳定状态;在此阶段,蛋白的变化也趋于平缓且蛋白表达量较低。3、为研究虾青素异构体含量,本文采用低温条件下的丙酮研磨法提取虾青素并防止虾青素的异构化,通过胆固醇酯酶酶解法得到游离虾青素,利用高效液相色谱法对虾青素及其几何异构体以及其他类胡萝卜素含量进行分析。结果表明:相同的外界环境下,不同藻株所产的虾青素异构体比率无显著性差异(P0.05),而不同培养阶段的雨生红球藻,虾青素异构体存在一定的差异性(P0.05),顺式、反式虾青素含量逐渐升高;虾青素积累阶段后期,虾青素异构体比率无显著差异性(P0.05)。4、为研究雨生红球藻藻细胞虾青素积累和异构体产生的原因,结合Western Blot技术研究与顺式、反式异构体差异碳原子形成相关蛋白的表达量。结果表明:法呢基焦磷酸合成酶(FFPS)和牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(GGPS)在细胞转变阶段表达量较高,在虾青素积累阶段表达量较低,在整个培养周期中呈逐渐下降的趋势,但是上述蛋白为催化反式异戊烯基的酶,至于雨生红球藻中是否存在催化顺式异戊烯基酶以及顺式、反式异戊烯基酶在雨生红球藻中是如何协同作用还需要进一步研究。5、本文将色素含量变化及细胞外部形态变化及其蛋白含量变化有机结合起来,阐述了光照、色素、活性氧和虾青素的关系,分析了逆境条件下虾青素的积累机制。结果表明:高光等逆境环境破坏叶绿素,降低光合作用能力,表观可见藻细胞绿色减少。此外,由于叶绿素的破化导致相关蛋白D1、PsaA、RBCL等含量降低,使得其介导的电子传递链受损,进一步引起藻细胞内电子剩余,活性氧产生;机体通过增强叶绿体和线粒体呼吸消除体内活性氧,但由于藻细胞呼吸能力不足以清除光抑制产生的活性氧,推测藻细胞通过虾青素等类胡萝卜素大量合成以应对逆境条件,因此细胞呈现红色。6、将类胡萝卜素/叶绿素,虾青素/类胡萝卜素,虾青素异构体的比例等指标作为虾青素产品的检测指标。结果表明:随着培养时间的增加,类胡萝卜素/叶绿素及虾青素/类胡萝卜素的值逐渐升高,虾青素异构体比例趋于稳定。上述指标的加入有助于标准化雨生红球藻来源的虾青素品质和规范虾青素市场。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q946

【参考文献】
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